Kāpēc Si un NaOH reakcijas ātrums ir ātrāks nekā SiO2?

Kāpēc reakcijas ātrumssilīcijsun nātrija hidroksīdu var pārspēt silīcija dioksīda, var analizēt no šādiem aspektiem:

Ķīmiskās saites enerģijas atšķirība

▪ Silīcija un nātrija hidroksīda reakcija: Kad silīcijs reaģē ar nātrija hidroksīdu, Si-Si saites enerģija starp silīcija atomiem ir tikai 176kJ/mol. Reakcijas laikā pārtrūkst Si-Si saite, ko ir salīdzinoši vieglāk pārraut. No kinētiskā viedokļa reakciju ir vieglāk turpināt.

▪ Silīcija dioksīda un nātrija hidroksīda reakcija: Si-O saites enerģija starp silīcija atomiem un skābekļa atomiem silīcija dioksīdā ir 460kJ/mol, kas ir salīdzinoši augsta. Si-O saites pārraušanai reakcijas laikā ir nepieciešama lielāka enerģija, tāpēc reakcija ir salīdzinoši grūti norisinās un reakcijas ātrums ir lēns.

Dažādi reakcijas mehānismi

▪ Silīcijs reaģē ar nātrija hidroksīdu: Silīcijs reaģē ar nātrija hidroksīdu, vispirms reaģējot ar ūdeni, veidojot ūdeņradi un silīcija skābi, pēc tam silīcijs reaģē ar nātrija hidroksīdu, veidojot nātrija silikātu un ūdeni. Šīs reakcijas laikā reakcija starp silīciju un ūdeni atbrīvo siltumu, kas var veicināt molekulu kustību, tādējādi radot labāku kinētisko vidi reakcijai un paātrinot reakcijas ātrumu.

▪ Silīcija dioksīds reaģē ar nātrija hidroksīdu: silīcija dioksīds reaģē ar nātrija hidroksīdu, vispirms reaģējot ar ūdeni, veidojot silīcija skābi, pēc tam silīcija skābe reaģē ar nātrija hidroksīdu, veidojot nātrija silikātu. Reakcija starp silīcija dioksīdu un ūdeni ir ārkārtīgi lēna, un reakcijas process būtībā neizdala siltumu. No kinētiskā viedokļa tas neveicina ātru reakciju.

Dažādas materiālu struktūras

▪ Silīcija struktūra:Silīcijsir noteikta kristāla struktūra, un starp atomiem ir noteiktas spraugas un relatīvi vāja mijiedarbība, kas atvieglo nātrija hidroksīda šķīduma saskari un reakciju ar silīcija atomiem.

▪ Struktūrasilīcijsdioksīds:silīcijsdioksīdam ir stabila telpiskā tīkla struktūra.Silīcijsatomi un skābekļa atomi ir cieši saistīti ar kovalentām saitēm, veidojot cietu un stabilu kristāla struktūru. Nātrija hidroksīda šķīdumam ir grūti iekļūt tā iekšpusē un pilnībā saskarties ar silīcija atomiem, kā rezultātā ir grūti ātri reaģēt. Tikai silīcija atomi uz silīcija dioksīda daļiņu virsmas var reaģēt ar nātrija hidroksīdu, ierobežojot reakcijas ātrumu.

Nosacījumu ietekme

▪ Silīcija reakcija ar nātrija hidroksīdu: karsēšanas apstākļos silīcija reakcijas ātrums ar nātrija hidroksīda šķīdumu tiks ievērojami paātrināts, un reakcija parasti var noritēt vienmērīgi augstā temperatūrā.

▪ Silīcija dioksīda reakcija ar nātrija hidroksīdu: Silīcija dioksīda reakcija ar nātrija hidroksīda šķīdumu istabas temperatūrā notiek ļoti lēni. Parasti reakcijas ātrums tiks uzlabots skarbos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā un koncentrētā nātrija hidroksīda šķīdumā.